Smerujeme k tomu, že budeme nahrádzať orgány

Vlani ste získali cenu Osobnosť roka v oblasti technológií. Za čo konkrétne to bolo?

Bolo to za oblasť implantológie, konkrétne za aditívnu výrobu implantátov známu tiež pod pojmom 3D tlač.

Aj keď pôsobíte na technickej univerzite, zameriavate sa najmä na medicínsku aditívnu výrobu implantátov. Prečo práve medicína?

K medicíne máme blízko, od počiatku vzniku odboru; vyplýva to z podstaty biomedicínskeho inžinierstva. Od začiatku vzniku odboru sme spolupracovali s viacerými lekárskymi pracoviskami, napríklad Klinikou úrazovej chirurgie UNLP v Košiciach. Vyvíjali sme spolu s nimi chirurgické nástroje a hľadali sme niečo, v čom by sme boli unikátni a najlepší na svete. Aj vďaka našim kontaktom v zahraničí, predovšetkým z konferencií a stáží za posledných 10 – 12 rokov, sme sa postupne dopracovali k medicínskej aditívnej výrobe, v ktorej patríme medzi svetovú špičku.

Sú nejaké implantáty, ktoré ste urobili ako prví na svete?

Áno, je ich viac. Napríklad tvárový implantát, ktorý pokrýva 86 percent tváre. Taktiež dilatačný implantát, ktorý je možné zväčšovať, keď človek rastie, bol navrhnutý pre mladé dievča, ktoré sa ešte vyvíja.

Nelákala vás skôr medicína, keďže sa jej teraz intenzívne venujete?

Doma mám inžinierske zázemie, otec je docentom na Leteckej fakulte TU v Košiciach. Vždy som mal sklony k domácemu majstrovaniu, tak som sa vydal tým smerom a v roku 1995 som nastúpil na strojnícku fakultu. Hľadal som však niečo, kde by som videl efekt mojej práce, a v tomto smere sa mi zdala najzaujímavejšia práve oblasť medicíny. Prienikom bolo teda biomedicínske inžinierstvo. Keď vidíte, že nejakému človeku pomôžete svojím inžinierskym návrhom zlepšiť zdravie alebo dokonca zaradiť sa späť do života, je to veľmi príjemný pocit.

Spomínali ste, že ste skúšali vymýšľať nové nástroje pre lekárov, ktoré im pomáhali na operačnej sále. Sú aj medzi nimi unikáty, ktoré nie sú bežne dostupné?

Neustále sme sa snažili riešiť veci tak, že sme sa inšpirovali praxou, pretože sme nechceli robiť výskum pre výskum, ale výskum pre prax. Takže sme veľmi privítali, keď za nami prišiel lekár a povedal, že má problém a chce ho vyriešiť. Dá sa teda povedať, že všetky naše návrhy boli do určitej miery unikátne. Boli vyžiadané z klinickej praxe a interdisciplinárnym prístupom vznikol produkt, ktorý napríklad zlepšil, resp. zjednodušil procesy pri operáciách.

Napríklad?

Napríklad nástroje pre operáciu chrbtice, rôzne rehabilitačné pomôcky alebo softvérové riešenia pre výber a aplikáciu endoprotéz, resp. diagnostiku skoliózy. Za posledných 17 rokov bolo tých vecí veľmi veľa.

Na vašej Katedre biomedicínskeho inžinierstva a merania už vyše desať rokov prebieha výskum v oblasti implantológie. Aké boli začiatky?

Veľmi nám na začiatku pomohol úspešný projekt, ktorý sme získali cez stimuly pre výskum a vývoj Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR. Vďaka nemu sme získali prostriedky na implementáciu aditívnych technológií a technológií 3D tlače do klinickej praxe a zároveň na vývoj tzv. bionických implantátov, ktoré by boli porézne a odľahčené. Zároveň boli do nich aplikované mikrosenzory, ktoré bezdrôtovo a neinvazívne dokázali snímať z tela informácie, ako napríklad teplotu, resp. mechanické napätie.

Tento projekt sa riešil od roku 2010 do roku 2013 a bol veľmi úspešný. Po tomto projekte sme vytvorili laboratóriá, ktoré boli schopné vyrábať implantáty. Ale každý jeden krok v procese výroby od návrhu cez tzv. postprocessing, teda úpravy implantátu, až po jeho výrobu si vyžaduje realizáciu výskumu a vývoja. Preto je naše pracovisko na Technickej univerzite, Katedra biomedicínskeho inžinierstva a merania veľmi úzko prepojená s CEIT Biomedical Engineering. Vznikla tak symbióza a spoločne s profesorom Jozefom Živčákom, s ktorým za týmto projektom stojíme, sa nám podarilo vytvoriť funkčný model, ktorý prináša benefity pre obe strany.

Ako vlastne prebieha celý proces? Osloví vás lekár s tým, že potrebuje špeciálny implantát? Viem, že minulý rok v Košiciach ste robili špeciálny implantát na mieru pacienta po nehode s devastáciou tváre. Išlo o pacienta s poškodeniami na takmer 86 percentách tváre a práve ten získal v Zdravotníckych novinách aj cenu Top inovácia Slovenska.

Celý proces sa začína tým, že nás osloví lekár alebo pacient. Ak ide o lekára, zväčša je to chirurg, ktorý bude realizovať operačný zákrok. Často sa nám však stáva, že nás oslovia pacienti alebo ich príbuzní, pretože sa o nás dozvedeli z médií alebo iným spôsobom. Aj v takom prípade sme radi a spolu s pacientom postupujeme ďalej, napríklad mi pomáha vybrať pracovisko, kde sa bude zákrok realizovať.

Čo nasleduje ďalej?

V prvom rade potrebujeme diagnostické dáta. Ak ich pacient nemá, na pracovisku, kde sa bude operačný zákrok realizovať, prebehne diagnostika. Väčšinou ide o počítačovú tomografiu, pomocou ktorej získame digitálne dáta konkrétneho pacienta, a tie používame na modelovanie implantátu. Po získaní dát nastupujú naši biomedicínski inžinieri, ktorí vytvárajú najprv model kosti, teda anatomický model daného pacienta, a potom digitálny prototyp implantátu. Proces návrhu priebežne konzultujeme s chirurgom, ktorý bude zákrok realizovať. Ide o diskusiu, do ktorej obe strany vkladajú svoje skúsenosti a znalosti s cieľom vytvoriť optimálny implantát pre konkrétneho pacienta.

Ako vás prijímajú lekári, keď nápad osloviť vás príde zo strany pacienta? Skúsenosti hovoria, že niektorí, najmä starší kolegovia, sú rezervovanejší voči novinkám, najmä čo sa týka 3D.

Zatiaľ sme s tým nemali problém. Podstatné je, aby sa našla cesta, ktorá bude priaznivá pre pacienta. Ak sa pacientovi pomôže a urobí to najlepšie, čo sa dá, nie je podstatné, kto nás osloví, ale skôr je podstatné, aby sa našiel dobrý chirurg, ktorý to odoperuje, a my sme tí, ktorí sa snažia to čo najlepšie vymodelovať a vyrobiť. Konzervované správanie lekárov z nášho inžinierskeho pohľadu vyplýva najmä z nedostatku informácií alebo naučených stereotypov, keď všetko nové môžu považovať za rizikové. Je to o diskusii, ktorej sme stále otvorení.

Samotný výkon hradí zdravotná poisťovňa, ale čo implantát? Taktiež je plne hradený?

Áno, poisťovne hradia aj na mieru vyrobené implantáty, sú na to schválené kódy. Poisťovňa ich zaplatí nemocniciam a tie zase firme, ktorá ich vyrobí.

A zaplatia ich v plnej výške, toľko, koľko reálne stoja?

Áno, je to hradené v plnej výške. Ceny sa neustále vyvíjajú, pričom malé firmy často bojujú o prežitie, pretože veľké spoločnosti majú na ceny výrazný vplyv a tie potom idú dole. Naším benefitom je však individuálny úzky prístup k pacientovi a chirurgovi a tiež flexibilný systém výskumu a vývoja, ktorý je možné adaptovať na požiadavky praxe omnoho rýchlejšie.

Vyrábali ste aj titánovú náhradu hrudnej kosti, ktorú nedávno operovali onkologickej pacientke v Martine?

Áno, vyrábali sme titánovú náhradu sterna s rebrami. Pred pár dňami som telefonoval s docentom Dzianom, ktorý pacientku operoval, a povedal mi, že pacientka sa má dobre, čo ma veľmi potešilo. Práve o tom píšeme odborný článok do významného medzinárodného medicínskeho časopisu z oblasti hrudnej chirurgie.

Takže aj publikujete?

Keďže som z akademickej oblasti, publikujem o našich úspešných operáciách, testovaní implantátov, ale aj rýdzo inžinierskom výskume, ktorý predchádza výrobe implantátu a ktorý je extrémne dôležitý.

Vy ste vlastne spoločne s profesorom J. Živčákom nestorom 3D tlače v medicíne na Slovensku, kontaktujú vás aj nadšenci 3D tlače z Bratislavy. Mám pocit, že sa to u nás rozbehlo len teraz, možno za posledné tri roky. Vy však túto metódu využívate v praxi oveľa dlhšie.

Čo sa týka medicínskej 3D tlače z kovu, sme jediní v strednej Európe, ktorí sa tejto oblasti profesionálne venujú. A dlhý čas sme boli jedna z mála firiem na svete, myslím, že boli len tri či štyri firmy, ktoré mali zavedené certifikované procesy a dokázali dodávať implantáty do klinickej praxe.

Oslovujú vás aj zahraniční lekári alebo kliniky?

Áno, dodávali sme implantát do Brazílie, Indie, Chorvátska, Česka, takže robíme aj pre zahraničie. V poslednom čase táto oblasť výrazne rastie, po takýchto implantátoch je čoraz vyšší dopyt.

Čo bolo zatiaľ najťažšie vyrobiť?

Určite rozsiahly tvárový implantát, pretože v konečnom dôsledku ide o celkový výzor pacienta, jeho identitu v kombinácii s dôležitými funkciami, ktoré bolo potrebné zachovať, resp. obnoviť. Práve výzor do veľkej miery prispieva k tomu, ako bude toho človeka vnímať okolie a ako sa mu podarí zaradiť sa do spoločnosti. To bola veľká výzva, s ktorou sme sa popasovali spolu s Klinikou stomatológie a maxilofaciálnej chirurgie Univerzitnej nemocnice L. Pasteura v Košiciach. Práca na tomto implantáte bola špecifická aj kvôli iným veciam.

A to?

Implantáty často vyrábame spôsobom takzvaného mirroringu, teda zrkadlenia pomocou špeciálnych softvérov. Aby vznikla symetria a aby sme vedeli implantát správne namodelovať, prenášame dáta zo zdravej strany tváre. Pacient mal však poškodené obe strany tváre, takže sa to takto nedalo urobiť. Museli sme teda využiť dáta od iných pacientov a antropometricky to namodelovať tak, aby to bolo esteticky aj funkčne v poriadku.

Už ste videli, ako pacient vyzerá po zákroku? Jeho fotky zatiaľ nie sú zverejnené.

Tým, že sme boli prví na svete, ktorí takúto operáciu robili, nemali sme žiadnu inšpiráciu. Išlo teda o rozsiahlu zmenu, ktorú bolo potrebné rozfázovať a pacient si neželal medializáciu, až potom, keď bude všetko ukončené a v poriadku, čo rešpektujeme.

Z akých materiálov ešte vyrábate náhrady? Alebo je to najmä titán?

Je to najmä medicínska zliatina titánu, ktorá sa v klinickej oblasti používa už dlhšie, avšak s využitím aditívnych technológií len niekoľko rokov. Zatiaľ neexistuje dokonalý materiál, existujú však snahy sa k nemu priblížiť. Máme viaceré projekty, kde sa snažíme ponúknuť chirurgom alternatívu k titánu. Ide napríklad o špeciálnu keramiku alebo PEEK, teda polyetereterketón, čo je organický termoplastický polymér. Najvyšší stupeň v oblasti výroby implantátov v súčasnosti predstavuje 3D biotlač. Na našom pracovisku máme 3D bioplotter, ktorý dokáže tlačiť biologické štruktúry priamo s bunkami. Snažíme sa teda robiť výskum aj v tejto oblasti a veríme, že za nejaký čas prinesieme zaujímavé výsledky.

Čo všetko z biotlače viete urobiť? Vieme, že živú kosť či orgán zatiaľ tlačiť nevieme.

Vo svete sú snahy, i keď viac-menej ide o čiastkové prípady, nie je to zatiaľ systematicky zavedený proces. Objavili sa už viaceré štúdie, v ktorých bola popisovaná výroba kostného tkaniva, chrupavky, šľachy, ciev, ako aj ďalších tkanív pomocou 3D biotlače, ale nedopátral som sa k informácii, či následne boli tieto procesy a produkty certifikované a štandardne klinicky zavedené. To je však pre nás výzva pre ďalšie smerovanie výskumu a vývoja.

Myslíte, že raz k tomu príde?

Víziou je, že by každá nemocnica mala vlastné pracovisko, ktoré by vyrábalo náhrady tkanív, resp. orgánov. Pracovali by tam biomedicínski inžinieri a odborníci z oblasti regeneratívnej medicíny a iní klinickí špecialisti, ktorí by vyvíjali tkanivá, resp. orgány na mieru s využitím 3D biotlačiarní.

Slovensko, bohužiaľ, výskum dosť zanedbáva. Ako je to na vašom pracovisku?

Výskum sa nezanedbáva zo strany vedeckých pracovníkov, skôr sa zanedbáva jeho cielená a systematická podpora. Vedci najmä na univerzitách sú zavalení administratívou, sú projektovými manažérmi, finančnými manažérmi, učiteľmi, prednášateľmi doma aj v zahraničí, jednoducho sa nedá robiť všetko naplno. Na našom pracovisku, tým, že sme sa stále snažili pracovať pre prax, sme boli tlačení k reálnym výsledkom.

Je však náročné udržať si vysoké tempo a konkurencieschopnosť so zahraničím. Bolo by to jednoduchšie, keby kompetentní dokázali tieto snahy a najmä výsledky oceniť a pomohli udržateľnosti špičkového výskumu. Pomohli sme si tiež prostredníctvom komerčného subjektu, ktorý sme vytvorili preto, aby sme vedeli jednoduchšie implementovať naše výsledky výskumu a vývoja do praxe. Tak sú naše výsledky viditeľnejšie.

Vy ste pôsobili aj v zahraničí, na viacerých miestach. Nie je návrat domov, do slovenských podmienok, niekedy skľučujúci, keď vidíte, ako to funguje na iných univerzitách?

U mňa to nikdy nebolo skľučujúce, ale skôr motivačné. Keď som videl, že niečo vonku funguje dobre, tak som to chcel zaviesť aj doma. Bola to skôr výzva a tešil som sa domov, že prinesiem nové procesy, nový systém, návrhy na implementáciu nových zariadení, resp. nový spôsob myslenia. Samozrejme, čím je tu človek dlhšie, tak sa opäť dostáva do stavu sklamania z toho, ako tu niektoré veci fungujú, a potom musí opäť vycestovať, aby sa inšpiroval, nadýchať sa. Ani v zahraničí však nie je všetko ideálne.

Kde sme v oblasti biomedicínskeho inžinierstva v porovnaní s inými krajinami? Keď ste spomínali, že ste jediní v strednej Európe, asi sme na tom dobre.

Dovolím si tvrdiť, že náš výskum a naše pracoviská, kde sa venujeme implantátom, sú na svetovej úrovni. Myslím si, že na Slovensku je viacero špičkových pracovísk na svetovej úrovni, len, bohužiaľ, musím sa opakovať, chýba tu systém podpory excelentného výskumu a vývoja. Financie sú extrémne diverzifikované, nepodporujeme niečo, čo už jasne svieti a dáva signál, že je to dobré, ako by sme sa báli toho, že to bude svietiť ešte viac.

Kto je lídrom vo svete v tomto odbore? My?

Myslím, že sme veľmi blízko a momentálne konkurujeme lídrom, veľmi dobre sú na tom napríklad belgické či nemecké výskumné inštitúcie a firmy, taktiež sú na tom veľmi dobre USA, Singapur, Japonsko. Ale musím povedať, že s mnohými inštitúciami spolupracujeme. Samozrejme, nejakým spôsobom zvádzame konkurenčný boj, ale skôr v tom dobrom slova zmysle. Keď sa stretávame na kongresoch a výstavách, vzájomne sa inšpirujeme.

Napr. v USA, na Youngstown State University, máme momentálne doktoranda, ktorý tam absolvoval kurz aditívnej výroby, sú tam pracoviská, ktoré sú podporované americkou vládou, kde doslova plynú investície na podporu aditívnej výroby, a venujú sa tam tiež medicínskym aplikáciám. Práve z Youngstownu majú k nám v priebehu júla prísť predstavitelia na rokovania o vzájomnej spolupráci, chceme začať spolupracovať ešte intenzívnejšie.

Koľko implantátov ročne vyrobíte?

Od roku 2013 až doteraz sme urobili vyše 30 implantátov na mieru, takže 30 pacientov na Slovensku a v zahraničí má naše implantáty. Ročne ich navrhneme a vyrobíme vyše desať. Okrem toho sa venujeme aj návrhu a výrobe sériových implantátov. Aditívna výroba tu má množstvo výhod.

Stalo sa, že ste niekedy odmietli niečo vyrobiť?

Zatiaľ sa nám to nestalo. Stále sme sa snažili nájsť nejaké riešenie a keď sme to nevedeli zvládnuť sami, čo bolo málokedy, tak sme sa spojili s odborníkmi a prekonzultovali to. Výzvou je pre nás doplniť naše portfólio implantátmi pre zvieratá, je však málo chirurgov, ktorí by to boli schopní operovať, ide často o ťažké stavy u zvierat, kde sú potrebné špeciálne implantáty.

Bežný veterinár to nevie operovať?

Bežne sa to nerobí. Je veľmi málo pracovísk na svete, ktoré robia implantáty na mieru pre psov. Je to teda naša vízia do budúcnosti.

Čo sa vám už podarilo v rámci biotlače?

V súčasnosti sme spoločne s Lekárskou fakultou UK v Bratislave, STU v Bratislave a neziskovou organizáciou partnermi projektu APVV, ktorého cieľom je 3D biotlač umelej močovej rúry – uretry a zároveň pripravujeme aj ďalšie väčšie projekty. Máme už čiastkové výsledky a v súčasnosti pripravujeme publikačné výstupy.

Kedy by sa to malo zrealizovať?

Projekt je v začiatočnom štádiu, pracujeme na ňom zatiaľ rok a celý projekt je naplánovaný na štyri roky, takže predpokladám, že v priebehu najbližších troch rokov budeme môcť ponúknuť pre klinické testovanie hotové náhrady.

Kam podľa vás až dokáže biomedicínske inžinierstvo zájsť?

Smeruje k tomu, že budeme nahrádzať orgány. Budeme schopní vytvoriť živé orgány, ktoré budú inervované a cievne zásobené, že tam bude prebiehať proces regenerácie, pretože to je najväčšia výzva pre 3D tlač a regeneratívnu medicínu, vytvoriť orgány a tkanivá, ktoré by sa sami regenerovali. Úlohou inžinierov v tomto procese bude vyvíjať nové materiály pre tvorbu konštrukcií – tzv. skáfoldov, vyvíjať 3D biotlačiarne, nastavovať procesné parametre a parametre pre postvýrobnú úpravu, zaoberať sa vývojom bioreaktorov a podobne.

Na koľko rokov to odhadujete?

Ťažko povedať. Existujú rôzne futurologické štúdie, niektoré hovoria o horizonte 20 rokov, iné 30 rokov. Myslím si však, že už o 10 – 15 rokov by mohli byť nejaké výsledky. Nehovorím, že sa bude dať vymeniť ruka alebo srdce, ale sme relatívne blízko tomu, aby sme vedeli vymeniť časť cievy, ktorá by mala bunky konkrétneho pacienta, alebo aby sme vedeli meniť chrupavku či kosť. Myslím, že postupne sa pôjde aj ďalej.

Čo vás baví viac, výskum alebo samotná realizácia implantátu pre pacientov?

Aj jedno, aj druhé. Začiatok je silne inšpirujúci, motivačný, potom je veľmi dôležité dotiahnuť výskum do konca. Na konci je zase extrémne motivujúci pozitívny výsledok, a teda aplikácia verifikovaného a validovaného produktu do praxe. Potom sa púšťam do ďalšieho výskumu, inovácie sú pre mňa neustálym pohonom.

FOTO: Igor Stančík